Industry related topics
Badania i rozwój alternatywnych źródeł energii trwają nieprzerwanie, a ich wyniki są często obiecujące. Ponieważ firmy energetyczne i rządy współpracują, aby zminimalizować spalanie paliw kopalnych w celu złagodzenia szkodliwych skutków zmian klimatycznych, ich misja obejmuje nie tylko wykonalność alternatywnych źródeł, ale także optymalizację tych zamienników, tak aby były wydajne, opłacalne i nadawały się zarówno do transportu, jak i przechowywania. W miarę jak biogaz – od dawna będący źródłem paliwa do ogrzewania i gotowania – odgrywa coraz większą rolę jako zielone medium energetyczne, udoskonala się techniki i metody jego przetwarzania w celu szerszego i łatwiejszego zastosowania.
Zrozumienie, w jaki sposób powstaje biogaz, jest kluczowe dla zrozumienia, dlaczego jego uszlachetnianie jest praktyczna i konieczna. Prawie każdy miał do czynienia z biogazem, choćby tylko przez zmysł węchu. Gdy materia organiczna ulega rozkładowi, jej składniki rozpadają się z dostępem tlenu lub bez, np. na składowisku odpadów, pod dużą stertą skoszonej trawy lub obornika krowiego. W tym drugim przypadku, specyficzne bakterie rozkładają substancje na szereg związków chemicznych w kilku etapach rozkładu. Dominującymi wśród końcowych związków są metan (CH₄) i dwutlenek węgla (CO₂). Łączą się one z innymi związkami, tworząc biogaz. Oprócz CO₂ i CH₄, w mniejszych ilościach pozostają inne gazy. Chociaż ich proporcje są niewielkie, te śladowe związki mają szkodliwy wpływ, sprawiając, że biogaz jest bezużyteczny, a nawet niebezpieczny. Lotne związki organiczne, takie jak terpeny i siloksany, mogą zanieczyszczać biogaz, podobnie jak para wodna i związki siarki. Siarkowodór, w szczególności, jest nie tylko niebezpieczny dla zdrowia ludzkiego, ale także uszkadza rurociągi i zbiorniki magazynowe. Poza tymi problemami, sam CO₂ znacznie zmniejsza efektywność paliwową biogazu. Idealnym rozwiązaniem jest zatem produkcja metanu w możliwie najczystszej postaci.
Celem uszlachetniania biogazu jest stworzenie odnawialnego gazu ziemnego (RNG), czyli nadającego się do transportu rurociągami i do użytku wszędzie tam, gdzie stosowany jest konwencjonalny gaz ziemny. Podstawowa różnica polega na tym, że RNG – czyli biometan – jest łatwo odnawialny w porównaniu do gazu ziemnego pozyskiwanego ze złóż geologicznych. Biometan może być skraplany lub sprężany do tankowania pojazdów. Ponadto, jest zgodny z federalnymi wymogami standardów odnawialnych paliw określonymi przez Agencję Ochrony Środowiska (EPA). Krótko mówiąc, użycie RNG znacznie ogranicza emisje gazów cieplarnianych.
Para wodna może nasycać biogaz zbierany z bioreaktora beztlenowego, stanowiąc do 12 procent masy gazu, choć mniej niż jeden procent jego zawartości. Ta para mogłaby kondensować podczas przepływu przez rurociągi, powodując ich korozję. Ważne jest zatem usunięcie H₂O przed transportem. Para skropli się w ciekłą H₂O tylko w punkcie rosy. Osiągnięcie tego jest możliwe za pomocą kilku metod. Po pierwsze, gaz może być schłodzony do temperatury odpowiadającej punktowi rosy. Często osiąga się to poprzez zakopanie rurociągu gazowego pod ziemią i zainstalowanie pułapki na skondensowaną wodę. Inny scenariusz obejmuje zastosowanie żelu krzemionkowego w systemie uszlachetniania biogazu do zatrzymywania pary i umożliwienia biogazowi dalszej rafinacji.
Nawet niewielka ilość siarkowodoru (H₂S) może spowodować wiele problemów. Oprócz zagrożenia dla zdrowia układu oddechowego ludzi, zwierząt i roślin, związek ten — czasami nazywany gazem kanalizacyjnym — jest znany z powodowania wyniszczającej korozji w zbiornikach magazynowych i rurociągach. Chociaż jego obecność ledwo się rejestruje w większości biogazu, jest go jednak wystarczająco dużo, aby stwarzać straszne konsekwencje, jeśli nie zostanie wyeliminowany. Jednym ze sposobów ograniczenia jego obecności w biogazie jest dodanie związków żelaza do bioreaktora beztlenowego przed dodaniem substratu, czyli materii organicznej. Związki siarki pozostają wtedy z pofermentem po ekstrakcji biogazu. Często jednak samo działanie zapobiegawcze nie jest wystarczające. Węgiel aktywny może reagować z H₂S, utleniając go i wiążąc cząsteczki z powierzchnią stałego węgla. Inną procedurą usuwania jest przepuszczanie gazu przez roztwór wodorotlenku sodu lub przez ciała stałe potraktowane tlenkiem żelaza.
Po metanie, dwutlenek węgla jest najbardziej obfitym związkiem w biogazie. Niestety, CO₂ pozbawia biogaz jego wartości energetycznej i efektywności paliwowej. Jednym z najczęstszych sposobów redukcji zawartości CO₂ jest wtryskiwanie sprężonego biogazu, który jest absorbowany w dużym cylindrycznym zbiorniku wypełnionym wodą przez 20 do 40 dni. Zanieczyszczenia są następnie rozkładane, a oczyszczony gaz jest wypompowywany. Inne techniki obejmują membrany, które zatrzymują metan, ale pozwalają na przepływ dwutlenku węgla, a także adsorpcję przez chemicznie aktywne media.
Talk to a specialist
Pytania dotyczące uszlachetniania biogazu dla Twojej instalacji?
